48v轻混车的功率以及扭矩改如何计算？

48V轻混车辆的功率与扭矩：深度解析与计算方法

对于48V轻混动（MHEV）车型，理解其动力系统的功率和扭矩输出，特别是48V系统的贡献，是很多车主和爱好者都非常关心的问题。与传统燃油车或全混动车不同，48V轻混车型的动力输出是发动机和48V电机协同作用的结果，这使得其功率和扭矩的计算显得更为复杂和有趣。

本文将深入剖析48V轻混车辆的功率与扭矩是如何产生的，并详细介绍计算方法，希望能帮助您更清晰地认识这类高效、环保的动力系统。

1. 48V轻混系统的核心组成与工作原理

在深入计算之前，我们必须先了解48V轻混系统的关键组成部分以及它们如何协同工作：

内燃机（ICE）: 这是车辆的主要动力来源，负责提供大部分的扭矩和功率。
48V电机/启动发电机（BSG/ISG）: 这是48V轻混系统的核心。它通常集成在发动机和变速箱之间（BSG Beltdriven Starter Generator）或直接集成在曲轴上（ISG Integrated Starter Generator）。它既可以作为启动机，快速、平顺地启动发动机；也可以作为发电机，在减速时回收能量（能量回收），并向48V电池充电；最重要的是，它还能在加速时提供额外的扭矩和功率（扭矩叠加/助力）。
48V电池组: 储存由发电机回收的电能，并为48V电机供电。
DCDC转换器: 将48V电池组的电压转换为12V，为车辆的传统12V电气系统（如车灯、音响、ECU等）供电。

工作原理简述：

在启动时，48V电机负责启动发动机，比传统的12V启动机更加快速和安静。在行驶过程中，当车辆减速或刹车时，48V电机充当发电机，将动能转化为电能储存在48V电池中。在需要加速时，48V电机可以从48V电池中获取能量，并向传动系统输出额外的扭矩，帮助发动机减轻负担，提高加速性能，同时也能改善燃油经济性。

2. 功率与扭矩的计算：理解“协同”的关键

理解48V轻混车的功率和扭矩，关键在于理解“协同”二字。车辆的总功率和总扭矩是发动机和48V电机输出的叠加，但并非简单的线性相加。

2.1 影响功率与扭矩输出的因素

在进行计算之前，我们需要明确几个关键的参数，这些参数通常可以在车辆的官方技术手册、产品说明或一些专业的汽车数据库中找到：

发动机的最大净功率（kW）和峰值扭矩（Nm）: 这是发动机自身能提供的动力数据。注意，这里通常指的是“净功率”，是扣除掉附件（如空调压缩机、发电机）消耗后的实际输出功率。
48V电机的最大连续功率（kW）和峰值扭矩（Nm）: 这是电机在特定工作模式下能持续输出的功率和扭矩。
48V电机的瞬时峰值功率（kW）和瞬时峰值扭矩（Nm）: 这是电机在极短时间内能够爆发出的最大功率和扭矩。这通常是48V系统提供“助力”时的关键数据。
传动系统的效率: 能量从发动机/电机传递到车轮的过程中会有损耗，传动系统的效率会影响最终传递到车轮的功率和扭矩。
电池的功率输出能力: 48V电池组的健康状况和剩余电量也会影响电机能输出的最大功率。
车辆控制单元（VCU）的策略: VCU会根据驾驶模式、油门踏板开度、车速、电池状态等多种因素，智能地决定发动机和48V电机的工作状态，以及它们输出功率的分配。

2.2 计算方法：理论与实际

理论计算（简化模型）：

最简单的理论计算是将发动机和电机的最大功率/扭矩进行叠加。

总最大净功率 ≈ 发动机最大净功率 + 48V电机最大功率
总峰值扭矩 ≈ 发动机峰值扭矩 + 48V电机峰值扭矩

重要说明： 这种简单的叠加不能完全代表车辆的实际输出。原因如下：

1. 峰值出现时间不同: 发动机和电机的峰值功率/扭矩通常在不同的转速区域出现。
2. 协同工作策略: VCU会根据实际需求，在不同工况下调整电机和发动机的输出比例，并非总是在最高功率/扭矩点同时工作。例如，在低速起步时，电机可以提供强大的低扭，而发动机可能还在较低转速。
3. 功率限制: 电池的放电能力、电机的过载保护等因素都会限制电机能输出的瞬时功率。

更接近实际的计算思路（基于工况叠加）：

更准确的计算需要考虑车辆在不同工况下的实际输出，这通常是汽车工程师在调校车辆时进行的。我们可以理解为：

车辆的瞬时总功率（P_total） = 发动机功率（P_engine） + 48V电机功率（P_motor）
车辆的瞬时总扭矩（T_total） = 发动机扭矩（T_engine） + 48V电机扭矩（T_motor）

这里的关键在于 P_engine, T_engine, P_motor, T_motor 都是实时的数值，并且受到VCU的精确控制。

发动机功率（P_engine）: 这是发动机在当前转速和负荷下输出的功率。
48V电机功率（P_motor）:
当电机作为发电机时，其功率输出为负值（即消耗发动机功率），用于能量回收。
当电机作为助力时，其功率输出为正值，从电池获取能量，输出额外的功率。
P_motor_assist = (电机输出电压 × 电流) / 1000 (单位kW)
P_motor_assist_effective = P_motor_assist × 传动系统效率 (这是传递到车轮的功率)
总功率（P_total）: 车辆传动系统能够向车轮传递的总功率。
P_total ≈ (P_engine + P_motor_assist_effective) × 传动系统效率 (考虑发动机和电机都输出功率的情况)

扭矩的计算也类似：

总扭矩（T_total） ≈ (T_engine + T_motor_assist) × 传动系统效率

举例说明：

假设：
发动机峰值净功率：150 kW
发动机峰值扭矩：280 Nm
48V电机峰值连续功率：15 kW
48V电机瞬时峰值功率：20 kW
48V电机峰值扭矩：50 Nm
传动系统效率：90%

1. 最大净功率（理想叠加）： 150 kW + 20 kW = 170 kW。但实际最大净功率通常小于这个数值，因为发动机和电机的峰值出现在不同的转速，且电机峰值功率有持续时间限制。
2. 峰值扭矩（理想叠加）： 280 Nm + 50 Nm = 330 Nm。同样，这是理想状态下的叠加。实际峰值扭矩的出现时机和幅度受到VCU的精确调校。
3. 特定工况下的计算：
假设在某个加速场景下，发动机输出功率100 kW，扭矩200 Nm。
VCU判断需要助力，此时48V电机能输出15 kW的功率（从电池获取），且传递到车轮的电机扭矩为40 Nm。
那么，此时传动系统能够传递的发动机功率为 100 kW 0.9 = 90 kW。
传动系统能够传递的电机功率为 15 kW 0.9 = 13.5 kW。
总功率 ≈ 90 kW + 13.5 kW = 103.5 kW
传动系统能够传递的发动机扭矩为 200 Nm 0.9 = 180 Nm。
传动系统能够传递的电机扭矩为 40 Nm 0.9 = 36 Nm。
总扭矩 ≈ 180 Nm + 36 Nm = 216 Nm

实际应用中的“功率/扭矩”表述：

汽车厂商在宣传时，通常会公布一个“系统综合最大功率”或者“最大功率输出”。这个数值并非简单的机械叠加，而是经过工程师对整套动力系统进行精细调校后，在特定工况下能够达到的一个最佳性能点。它考虑了发动机、电机、电池以及传动系统之间的协同优化。

简单来说，48V轻混车的“总功率”和“总扭矩”是发动机和48V电机协同工作的综合体现，并不是简单地将各自的峰值相加。

3. 总结与实用建议

理解“协同”: 48V轻混车的动力输出核心在于发动机和48V电机的协同工作，VCU的控制策略至关重要。
关注“综合”数据: 厂商公布的“综合最大功率”、“峰值扭矩”等数据，是经过精细调校后的结果，更具参考价值。
电机的瞬时助力: 48V系统最大的优势在于其强大的瞬时启动能力和加速助力的能力，这能显著改善车辆的响应性和低速性能。
获取精确数据: 要获得最准确的功率和扭矩计算，需要了解发动机、电机、电池以及传动系统的详细技术参数，并理解VCU的控制逻辑。对于普通用户而言，参考厂商公布的官方数据是最直接的方式。

虽然我们提供了计算的思路，但实际的精确计算涉及到复杂的模型和大量的测试数据。对于日常用车，我们更应关注48V轻混系统带来的实际驾驶体验提升，如更平顺的启停、更灵敏的加速响应和更好的燃油经济性。

现在市场上48V弱混动有两种：
一种是Belt-driven Start/Generator（皮带驱动一体化启动机发电机，简称BSG），BSG使用皮带将一体电机接入内燃机曲轴前端，一体电机不能独立于内燃机工作，一般只能实现自启停、滑行、能量制动回收等、低速行驶时对发动机助力，正常行驶时并不驱动汽车，可以认为是12V自起停在性能和舒适性上的增强版。本问题题中Mercdes-Benz C260系列刚好就是BSG混动。

另一种是ISG（集成一体化电机），ISG使用飞轮电机、齿轮箱、链传动等结构将一体电机动力选择性接入内燃机曲轴后端，一体电机可以独立于内燃机工作，除BSG可以实现的功能外，还能实现纯电动倒车和低速纯电行驶，但正常行驶时，一般不驱动汽车。（一般认为正常行驶时电机持续驱动汽车属强混动，电池电压也远高于48V）。

虽然弱混动汽车内燃机和一体电机输出动力的机械结构为并联，功率和扭矩均为叠加，但限于电池容量很小（大概在1kwh^[1]左右，电机额定功率工作只能持续10分钟），最大功率叠加没有实际意义，电机也仅在低速时对发动机助力，通常不会在内燃机最大扭处助力。下面配上M256的官宣图。

回到本问题本身，不妨假设内燃机和电动机同时以外特性驱动汽车，根据题中给出的数据内燃机额定功率135kw@6100RPM、最大扭矩280N·m@3000-4000RPM^[2]，电动机额定功率10kW、额定扭矩160N·m（该值应为等效作用于曲轴上扭矩，而不是电动机输出扭矩，下略）。
根据功率公式 （功率=转速×扭矩）

先分析电动机：代入额定功率10kW和额定转速160N·m，解得额定转速（等效曲轴转速、下略）为596.8RPM（略低于发动机怠速），曲轴转速低于额定转速时，电机工作于恒扭矩模式，曲轴转速高于额定转速时，电机工作在恒功率模式，等效扭矩与曲轴转速成倒数关系，这意味着在发动机工作转速内，电动机将一直工作在恒功率模式。

分析内燃机：将内燃机外特性近似处理为三段直线，设怠速为600RPM，怠速外特性扭矩为最大扭矩的1/3=93.33N·m，平台扭矩最大扭矩280N·m@3000-4000RPM，额定功率135k@6100RPM，即600RPM@93.33N·m、280N·m@3000-4000RPM、135k@6100RPM四个在点分三段直线连接。

利用将上述数据代入excel表格，可得内燃机+电动机输入出的最大扭矩为311.83N·m@3000RPM，最大功率当然是135kw+10kw=145kw了。

官方最大扭矩数据只增加了20N·m，比我保守多了。(该图存疑）

参考

1. ^48V系统电池容量 https://www.idtechex.com/fr/research-article/mercedes-48v-mild-hybrids-from-2017/9836
2. ^扭矩数据来源 http://newcar.xcar.com.cn/39/config.htm